CN102400069B

CN102400069B - 一种Al-Li-Cu-X系铝锂合金多级时效强韧化工艺

Info

Publication number: CN102400069B
Application number: CN201110376994.3A
Authority: CN
Inventors: 冯朝辉; 黄敏; 张坤; 王胜强; 戴圣龙; 藏金鑫; 陆政
Original assignee: BEIJING INSTITUTE OF AERONAUTICAL MATERIALS CHINA AVIATION INDUSTRY GROUP Corp
Current assignee: BEIJING INSTITUTE OF AERONAUTICAL MATERIALS CHINA AVIATION INDUSTRY GROUP Corp
Priority date: 2011-11-22
Filing date: 2011-11-22
Publication date: 2014-04-09
Anticipated expiration: 2031-11-22
Also published as: CN102400069A

Abstract

本发明是一种Al-Li-Cu-X系铝锂合金多级时效强韧化工艺，其主要特点在于人工强制时效工艺为：90℃～145℃/10h～72h+150℃～195℃/4h～20h。本发明采用145℃以下长时时效，最长达72小时，使GP区与δ’充分析出，增强材料早期析出强化效果，为降低150℃以上时效保温时间奠定基础；150℃以上采用较短保温时间，控制了T1相及θ相析出，提高了材料耐蚀性，降低了材料温度敏感性，改善了材料综合性能。本发明适用的铝合金合金成分为：Cu 2.0～5.0％，Li 0.8～2.5％，Mn 0.20～0.60％，Zn 0.20～0.80％，Zr 0.04～0.20％，Mg 0.20％～0.80％，Ag 0.1～0.7％中的任意1～5种，Si≤0.10％，Fe≤0.10％，Ti≤0.12％，其它杂质单个≤0.05％，总量≤0.15％，余量为Al。该工艺技术适用于生产航空航天、船舶及汽车用铝锂合金厚板、薄板、锻件和挤压材。

Description

一种Al-Li-Cu-X系铝锂合金多级时效强韧化工艺

技术领域

本发明是一种Al-Li-Cu-X系铝锂合金多级时效强韧化工艺，属于金属材料工程领域。

技术背景

现代机械设计更注重低能耗及高寿命，为满足飞行器及船舶等运输机械长航时、高寿命及经济性的需求，高比强、高比模材料的需求也越来越多，铝锂合金材料是金属材料中具有明显结构减重效果的重要材料，近年来，本领域发展了一些高性能铝锂合金如2098/2198、2097系列、2196、2195、2099等等；亦发展了一种提高损伤容限性能的逆向分级时效的工艺方法。US-005879481A公开了一种逆向分级时效的工艺方法，该方法主要针对8090及2091等高Li含量铝锂合金。该方法将时效温度分为2～6级，第一级时效促进δ’相及T1相的快速析出，避免过多第二相析出，提高材料韧性；，随后温度逐级降低，促进第二相的析出，材料不平衡度降低，最终形成性能稳定的材料，具备较高的损伤容限性能。

针对高Cu含量Al-Li-Cu-X系铝锂合金，Cu含量在2％以上，其第二相析出较为复杂，一般认为其析出过程为：GP区→同时过饱和固溶体→GP区+δ’T1+δ’→T1。材料主要强化相为GP区、δ’及T1，合金中含有其他元素如Mn、Zn、Mg、Zr、Ag等，还会有其它第二相析出。其中在腐蚀行为中θ相点位较正，在局部腐蚀中一般作为阴极相，并导致附近机体的阳极溶解；T1相与基体半共格，通常在亚晶界、位错及晶界处优先析出，且化学活性较高，极易发生(亚)晶间腐蚀和剥蚀；δ’相与基体共格，在基体中均匀而细密地析出，其即使电极电位较负，也不会导致局部析出，通常表现为均匀腐蚀。

发明内容

本发明正是针对上述现有技术在存在的不足而设计提供了一种Al-Li-Cu-X系铝锂合金多级时效强韧化工艺，该工艺针对高Cu含量Al-Li-Cu-X系铝锂合金的第二相析出特点，通过对时效工艺分级，在较低温度进行较长时间保温，促进GP区及δ’相的充分析出，材料强化充分，强度增高，可减少较高温度下时效保温时间，在材料没进入最后强化阶段即具有了较高强度，从而达到控制T1相及θ相析出的目的，保证材料具有较高强度兼具较高耐蚀性能及较高韧度；同时高温时效时间的减少，将降低材料性能变动对温度的敏感性，材料性能更稳定。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

该种Al-Li-Cu-X系铝锂合金多级时效强韧化工艺，该工艺适用的合金成分及重量百分比为：Cu 2.0～5.0％，Li 0.8～2.5％，Mn 0.20～0.60％，Zn 0.20～0.80％.Zr 0.04～0.20％，Mg0.20％～0.80％，Ag0.1～0.7％中的任意1～5种，Si≤0.10％，Fe≤0.10％，Ti≤0.12％，其它杂质单个≤0.05％，总量≤0.15％，余量为Al，该工艺包括合金熔铸、均匀化、锻造或挤压或轧制成型、淬火和时效工序，其特征在于：时效工序采用人工强制时效，工艺路线为：90℃～145℃/10h～72h+150℃～195℃/4h～20h。上述时效过程每级可分为2个或2个以上阶段。

上述时效阶段采用连续升温方式完成。

本发明是高Cu含量Al-Li-Cu-X系铝锂合金的一种时效改进工艺，传统时效工艺一般采用较低温度(120℃～145℃)下的长时时效或较高温度(150℃～1195℃)下的短时时效。其低温长时时效工艺加热保温时间长，其温度敏感性就强，对热处理加热炉炉温均匀性和控温精度要求特别高，往往造成材料性能均匀性及批次稳定性差；而高温短时工艺，加热温度高，材料第二相析出均匀性差，材料一些部位T1相会不均匀析出，从而影响材料均匀性。本发明针对高Cu含量Al-Li-Cu-X系铝锂合金的第二相析出特点，发明了一种新的时效工艺，通过对时效工艺分级，在较低温度进行较长时间保温，促进GP区及δ’相的充分析出，材料强化充分，强度增高，可减少较高温度下时效保温时间，在材料没进入最后强化阶段即具有了较高强度，从而达到控制T1相及θ相析出的目的，保证材料具有较高强度兼具较高耐蚀性能及较高韧度；同时高温时效时间的减少，将降低材料性能变动对温度的敏感性，材料性能更稳定。

本发明技术方案的优点是可保证材料具有较高强度兼具较高耐蚀性能及较高韧度；同时高温时效时间的减少，将降低材料性能变动对温度的敏感性，材料性能更稳定。

本发明涉及的工艺技术适用于生产航空航天、船舶及汽车用铝锂合金薄板、锻件、厚板及挤压型材。

附图说明

图1为本发明所述Al-Li-Cu-X系铝锂合金的时效硬化曲线

具体实施方式

以下将结合附图和实施例对本发明技术方案作进一步地详述：

该种Al-Li-Cu-X系铝锂合金多级时效强韧化工艺，该工艺适用的合金成分及重量百分比为：Cu 2.0～5.0％，Li 0.8～2.5％，包含的微量元素为Mn 0.20～0.60％，Zn 0.20～0.80％，Zr 0.04～0.20％，Mg0.20％～0.80％，Ag0.1～0.7％中的任意1～5种，Si≤0.10％，Fe≤0.10％，Ti≤0.12％，其它杂质单个≤0.05％，总量≤0.15％，余量为Al，该工艺包括合金熔铸、均匀化、锻造或挤压或轧制成型、淬火和时效工序，合金熔铸、均匀化、锻造或挤压或轧制成型、淬火工序均可参照2097铝锂合金现有的工艺步骤及规范来完成，然后进行的时效工序采用人工强制时效，工艺路线为：90℃～145℃/10h～72h+150℃～195℃/4h～20h。时效过程也可以每级可分为2个或2个以上阶段，材料在90℃～145℃温度区间加热总时间为10h～72h；在150℃～195℃温度区间加热总时间为4h～20h。时效过程还可以采用连续升温方式完成，材料在90℃～145℃温度区间加热总时间为10h～72h；在150℃～195℃温度区间加热总时间为4h～20h。

以下通过实施例说明了Al-Li-Cu-X系铝锂合金多级时效强韧化工艺过程及工艺控制，从而确保材料具有高强韧综合性能及高耐蚀性能，以使其在航空航天、船舶及汽车等领域更好的应用。

该人工强制时效的具体工艺路线一如表1所示，其两级时效中的一级时效制度温度可选90℃～145℃温度区间任一温度组合10h～72h任何保温时间；二级时效制度配合温度可选150℃～195℃温度区间任一温度组合10h～72h任何保温时间。不同一级制度与二级制度任意组合成完整时效工艺。

表1路线一工艺及控制

该人工强制时效的具体工艺路线二如表2所示，其特点是两级时效均可分步完成。路线二将工艺路线一中的一级时效可分为2步或2步以上完成，保温温度逐步升高；二级时效制度亦可分为1～2步完成。多种温度、时间任意组合成完整的热处理制度。

路线二：一级时效分多步(阶段)完成，二级时效分1～2步。

表2路线二工艺及控制

该人工强制时效的具体工艺路线三如表3所示，其特点是一、二级时效制度均可采用连续升温的方式完成。

路线三：采用连续升温方式完成，材料在90℃～145℃温度区间加热总时间为10h～72h；在150℃～195℃温度区间加热总时间为4h～20h。

表3路线三工艺及其控制

采用传统人工时效工艺及发明工艺材料性能性能对比见表4。由表4试验数据可知，发明工艺可保证材料具有与传统人工时效工艺处理后相当的强度、韧性，但在材料耐蚀性能方面有较大提高。

表4传统人工时效工艺下材料力学性能

本发明优点在于：

传统时效工艺一般采用较低温度(120℃～140℃)下的长时时效或较高温度下的短时时效。其低温长时时效工艺加热保温时间长，其温度敏感性就强，对热处理加热炉炉温均匀性和控温精度要求特别高，往往造成材料性能均匀性及批次稳定性差；而高温短时工艺，加热温度高，材料第二相析出均匀性差，材料一些部位T1相会不均匀析出，从而影响材料均匀性。本发明针对传统工艺以上缺点，通过分级时效，较低温度下促使GP区、δ’相在晶内晶界均匀析出，随后高温下促进第二相析出强化效果，在低温预时效的基础上可降低高温时效时间，达到控制T1相析出的目的，从而提高材料均匀性、稳定性及耐蚀性。

Claims

1.一种Al-Li-Cu-X系铝锂合金多级时效强韧化工艺，该工艺适用的合金成分及重量百分比为：Cu2.0～5.0%，Li0.8～2.5%，Mn0.20～0.60%，Zn0.20～0.80%，Zr0.04～0.20%，Mg0.20%～0.80%，Ag0.1～0.7%中的任意1～5种，Si≤0.10%,Fe≤0.10%，Ti≤0.12%，其它杂质单个≤0.05%，总量≤0.15%，余量为Al，该工艺包括合金熔铸、均匀化、锻造或挤压或轧制成型、淬火和时效工序，其特征在于：时效工序采用连续升温方式完成，工艺路线为：90℃～119℃/10h、14h、19h、29h、37h、46h、54h、61h、72h+150℃～195℃/4h、7h、9h、11h、13h、16h、20h。